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宇宙是圆形的吗?

如果有天能到宇宙之外看看宇宙,宇宙会是圆形的吗?

论证

摘要: 美国宇航局的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)通过测量宇宙微波背景的波动来确定宇宙是开放还是闭合的。2013年,科学家宣布,宇宙是平坦的。


如果突然你能飞出宇宙,那你会看到怎样的景象?宇宙看起来会怎样呢?科学家也纠结这个问题,他们使用了多种测量方法来确定宇宙的几何结构,以及来了解宇宙是否有尽头。那科学家如何测量宇宙的形状呢?他们得到了怎样的发现呢?
宇宙的几何形状
根据爱因斯坦的广义相对论,空间可以被质量所弯曲。因此,宇宙的密度—有多少质量分布在整个宇宙中—决定了它的形状,以及它的未来。
科学家计算出宇宙的“临界密度”。临界密度与哈勃常数的平方成正比,而哈勃常数则是用于测量宇宙的膨胀速率(目前的宇宙正在加速膨胀)。把临界密度与实际密度相比较,可以帮助科学家来理解宇宙。

如果宇宙的实际密度小于临界密度,那么就没有足够的质量来阻止宇宙的膨胀,而宇宙会永远膨胀下去。由此产生的宇宙形状就像马鞍面。这就是所谓的开放宇宙(马鞍面是不闭合的)。
如果宇宙的实际密度大于临界密度,那么就有足够的质量来最终停止膨胀。在这种情况下,宇宙是封闭且有限的,尽管它没有尽头。此时宇宙是一种球形。一旦宇宙停止膨胀,它将会开始收缩。星系将停止退行,并开始逐渐彼此靠近。最终,宇宙将经历反向大爆炸,这通常被称为“大坍缩”。这就是所谓的闭合宇宙。
然而,如果宇宙包含足够的质量来刚好停止膨胀,即宇宙的实际密度等于临界密度。经过无限漫长的时间,宇宙的膨胀速率会逐渐慢下来。在这种情况下,宇宙是平坦且无限的。
测量表明,宇宙是平坦的,这表明它也是无限的。光速限制了我们所能看到的自大爆炸以来的可见宇宙体积,因为宇宙大约有138亿年的历史,天文学家最远也就只能看到距离地球138亿光年的地方。

测量宇宙
天文学家通过测量宇宙的膨胀速率和它的密度来确定其形状。
20世纪初,在研究遥远的星系时,美国天文学家埃德温·哈勃注意到这些星系都远离银河系而去。他宣布,宇宙正朝四面八方膨胀。自那时以来,天文学家依赖对超新星和其他天体的测量来更精确地计算宇宙膨胀的速度。
还有通过测量宇宙的背景辐射来确定它的形状。美国宇航局的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)通过测量宇宙微波背景的波动来确定宇宙是开放还是闭合的。在2013年,科学家宣布,宇宙是平坦的,误差幅度只有0.4%。
[via:Space]

本文来源:怪罗科普

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